ABSTRACT/ RESUME

When the human hand touches a gannent that is at a different temperature than the skin, heat ex change occurs between the hand and the fabric, and the wann-cool feeling is the very first sensation. This transient transfer of energy depends on the contact interface between the skin and the fabric, and the contact interfact: depends on many morphological and structural parameters like fiber morphology or yarn and fabric structure. This paper describes a new experimental device for measuring heat absorption of textile materials in a transient state. The link between the transient thennal behavior and the tribological properties of fabrics is then made to show the influence of contact interface and therefore the influence of morphological and structural parameters on heat transfer. This investi- gation involves two cotton varieties (Pima of Morocco and Kaba S of Benin), two yarn structures (single and two-ply yarns), and three stitch lengths of jersey fabrics.

 1 INTRODUCTION

 L''apparition sur le marché de nouvelles fibres ainsi que la mise au point de nouveaux procédés de fabrication de structures fibreuses, sont les aboutissements d''études souvent initiées dans le même intérêt : créer une surface textile aux caractéristiques plus attractives pour le consommateur. Cet objectif a, de toute évidence, placé au cœur du problème la notion de toucher d''une étoffe, et ainsi sa caractérisation devient très importante pour la conception de structures fibreuses. Parmi les nombreuses propriétés dont dépend le toucher, les propriétés thermiques et tribologiques de la structure textile globale constituent des éléments essentiels lors de l''acte d''achat et, en particulier, lors de la première sensation perçue par le consommateur en terme de sensation de chaud/froid et de "douceur". De plus, les paramètres influençant ces deux propriétés sont nombreux, et dépendent fortement du matériau fibreux utilisé et du procédé de fabrication de la surface correspondante. De manière générale, ces paramètres sont morphologiques et structuraux et se situent à l''échelle microscopique de la fibre, à l''échelle mésoscopique du fil et enfin à l''échelle macroscopique de la surface. Ainsi une compréhension du comportement thermique en régime transitoire et du comportement tribologique d''une structure fibreuse en fonction de ces différents paramètres devient indispensable. C''est dans ce contexte qu''une analyse expérimentale du comportement ther-mique et tribologique de tricots jersey a été menée.

Ces tricots se différencient par la variation de paramètres aux trois échelles sus-citées. Ils ont été tricotés à partir de :

* deux variétés de fibres de coton aux caractéristiques morphologiques différentes,

* deux types de fils dont la structure diffère par le procédé utilisé,

* trois différentes tailles de maille, entité élémentaire du tricot.

 2 PRÉSENTATION DE L’ ANALYSE EXPÉRIMENTALE

L''analyse s''articule autour de deux grands axes: une expérimentation à caractère thermique dont le but est d''évaluer la quantité de chaleur absorbée par une structure fibreuse dans les premiers instants du contact et une expérimentation tribologique permettant de déterminer la rugosité de la surface de la structure textile. Cette dernière est complétée par la détermina- tion de la quantité de poils en surface. En effet, une étoffe textile peut être assimilée à une structure plus une pilosité, cette dernière est généralement constituée de fibres qui ont échappé au processus de cohésion durant les opérations de fabrication et créent une pilosité à la surface de la structure fibreuse, formant le troisième corps à l''interface des deux matériaux en contact. En fonction de cette pilosité, il peut se créer ..un matelas fibreux à l''interface de contact modifiant la hauteur des aspérités de surface. La quantification de cette pilosité présente donc un caractère important pour l''interprétation des résultats tribologiques.

 2. l Montage thermique

 Le système développé pour étudier le contact entre deux corps de températures différentes est conçu sur le principe de la plaque chaude gardée régulée par un procédé PID à la température superficielle de la peau de la main Ts = 33°C.

Le matériau fibreux, de température initiale 20°Ç, est posé sur une plaque plane horizontale maintenue à la température Ts et entourée par un anneau de garde thermique. La partie supérieure de la surface textile est laissée à l''air libre dans l''atmosphère contrôlée du laboratoire. Après avoir posé l''échantillon, une mesure de la puissance nécessaire pour ramener la température de la zone de mesure à Ts permet d''évaluer l''énergie absorbée par la structure textile durant le contact. L''énergie est alors calculée sur une durée de 0,8 seconde à partir de l''instant du contact.

 2.2 Montage tribologique

Le tribomètre utilisé de type pion-disque est formé par une corde de piano en contact avec une étoffe en mouvement circulaire. Le palpeur est une corde à piano cylindrique (0,5 mm de diamètre, 5 mm de large) fixée perpendiculairement à la force de frottement. Afin d''assurer un contact linéaire, l''axe de la corde est orienté suivant le rayon de l''éprouvette. Lors des essais, la vitesse linéaire de l''étoffe sous le palpeur est de 89 mm/s. Durant la rotation, les aspérités de la surface génèrent un déplacement vertical du palpeur. Un accéléromètre piézo-électrique, placé sur la face supérieure du balancier mesure son accélération instantanée. Une étoffe, est la répétition d''un motif élémentaire, et présente donc une ou plusieurs périodicités de structure qu''une analyse de Fourier dans le domaine fréquen- tiel met en évidence par la présence d''un ou de plusieurs pics correspondant aux directions principales de la structure. Quant à l''amplitude des pics, elle augmente avec la force de frottement. Pour un même matériau, elle est révélatrice de la hauteur des aspérités de la surface et donc de la rugosité. Dans le cas de tricots jersey, il n''y a qu''une seule direction principale: celle des colonnes du jersey. Le spectre exprimant la répartition fréquentielle de l''amplitude de l''accélération du palpeur en contact avec un jersey ne présentera donc qu''un seul pic.

La quantification de la pilosité s''effectue grâce à un pilosimètre optique. Par le système de filtre du montage optique, le signal lumineux reçu par la photodiode n''est constitué que de hautes fréquences correspondant aux fibres émergeantes de l''étoffe en s''affranchissant de la structure de la surface. L''amplitude est alors proportionnelle à l''aire de la projection des fibres émergentes sur le plan de la photodiode, c''est-à-dire proportionnelle au nombre de fibres, à leur longueur et à leur section.

 3 INFLUENCE DE PARAMÈTRES AUX TROIS ÉCHELLES DE LA STRUCTURE TEXTILE

 3. 1 A l''échelle de la fibre

 Les caractéristiques géométriques des fibres constituent un paramètre très important, la fibre étant l''élément constitutif des fils (le fil est formé par l''assemblage de fibres). Les caractéristiques de ces derniers sont liées :

- au nombre de fibres présentes dans une section de fil, c''est-à-dire à la masse linéique des fibres, connue sous le nom de titre (1 dtex : masse en grammes de 10 kilomètres de fibre),

- à la longueur des fibres. Comme les résultats le montrent cette microstructure fibreuse a une influence sur les propriétés de la structure textile lobale. Afin d''étudier l''influence de ces paramètres, on se propose d''analyser le comportement thermique et tribologique de tricots jerseys issus de deux variétés de coton (coton Pima et coton Kaba S).

Le tableau 1 montre que le Pima donne des fibres plus longues et plus fines (masse linéique plus faible).

 3.2 A l''échelle du fil

 A partir des deux variétés de coton décrites au paragraphe précédent, deux types de fils ont été réalisés. Un fil en filé de fibres est caractérisé en plus de sa composition en fibres, par son titre, sa torsion et sa structure. Cette dernière dépendant du procédé de fabrication, son influence est étudiée par l''emploi de fils simples et de fils retors pour tricoter les jerseys.

Le principal effet du retordage est d''obtenir un fil dont les fibres sont parallèles et orientées suivant l''axe du fil. Le titre du fil (représentant le nombre de gramme de fil par kilomètre) est de 36 tex et la torsion est de l’ordre de 500 tr/m quelle que soit la structure choisie.

 3.3 A l''échelle de la maille

 Une structure fibreuse peut être considérée comme un matériau poreux composé de fibres et d''air. La quantité d''air devient donc un paramètre important à l''échelle macroscopique de la structure globale. Afin de l''étudier, les jerseys issus des fibres et des fils précédents présentent différentes longueurs de fil par maille (appelée longueur de fil absorbée) donc différentes tailles de mailles, La variation du paramètre longueur de fil par maille modifie l''espacement entre fil soit la quantité d''air contenue dans la structure fibreuse. Les longueurs de fil absorbées sont : 2,4 cm/maille, 0,5 cm/maille, 0,6 cm/maille.

 4 RÉSULTATS

 Il apparaît que les tricots en fibres de Pima absorbent davantage d''énergie que ceux en fibres de Kaba S, les autres paramètres restant identiques. De plus, les tricots en fils retors absorbent plus d''énergie que ceux en fils simples. Ces deux phénomènes sont de moins en moins marqués lorsque la longueur de fil absorbée du tricot augmente. Car l''augmentation de cette dernière diminue considérablement la surface de contact où s''initie le transfert de chaleur, la variation de paramètres structuraux se fait alors moins ressentir.

Les résultats montrent que les tricots dont la masse linéique et la longueur des fibres sont plus importantes (cas du coton Pima) ont une rugosité plus faible et une pilosité moins élevée. De plus, les tricots en fils retors sont moins rugueux et moins pileux que ceux en fils simples. Enfin, la rugosité et la pilosité des surfaces fibreuses augmentent lorsque la longueur de fil absorbée augmente, car le tricot devenant "plus lâche", la cohésion des fils s''amoindrit permettant la libération de fibres situées à la périphérie des fils générant de ce fait une plus grande pilosité.

 5 DISCUSSION

 Ces résultats font apparaître une augmentation de l''énergie absorbée par un tricot lorsque le titre de la fibre (masse linéique) diminue et que sa longueur augmente. Simultanément, ces mêmes fibres donnent des tricots moins rugueux et moins pileux. En effet, plus la masse linéique d''une fibre diminue, plus le nombre de fibres à la section doit être élevé pour obtenir un fil de masse linéique fixée. Or, plus le nombre de fibres à la section est important, plus le fil est régulier, et plus la rugosité de surface diminue et le transfert de chaleur augmente.

Le retordage d''un fil, quant à lui, par son procédé propre de fabrication parallélise les fibres suivant l''axe du fil. Cet agencement particulier des fibres diminue la rugosité et augmente le transfert de chaleur.

Ces résultats font apparaître l''existence dl un lien entre l''énergie absorbée durant les premiers instants par une structure fibreuse et son état de surface. Ainsi, une étoffe semblera d''autant plus chaude que sa surface sera rugueuse et/ou pileuse. La pilosité est formée par des fibres qui encapsulent de l''air créant un film à l''interface, et augmentant ainsi la résistance de contact thermique. Quant à la rugosité, lorsqu''elle augmente, l''aire de la surface effective de contact diminue et le transfert de chaleur est moindre, l''étoffe semble alors plus chaude au toucher. Cependant, une diminution de la rugosité n''implique pas systématiquement une sensation plus fraîche au toucher (une énergie absorbée plus importante). En effet, la rugosité peut diminuer lorsque la pilosité de la surface augmente, les fibres émergentes pouvant créer un matelas fibreux à l''interface de contact et ainsi diminuer la hauteur des aspérités.

La rugosité comme la pilosité d''une surface textile modifient le comportement thermique en régime transitoire, mais pas pour la même raison. Alors que la rugosité modifie l''aire de la surface effective de contact, et diminue par conséquent le transfert par conduction, la pilosité crée un film isolant à l''interface de contact.

 6 CONCLUSION

 A travers cette étude paramétrique, le rôle des paramètres structuraux à l''échelle microscopique de la fibre, à l''échelle macroscopique du fil et à l''échelle microscopique de la surface textile, sur le comportement thermique et le comportement tribologique de structures fibreuses, a été mis en évidence. Un lien apparaît clairement entre l''état de surface de la struc- ture et son comportement thermique. La rugosité de la surface et sa pilosité semblent être deux propriétés importantes à l''origine de modifications du comportement thermique. Cependant, ces deux propriétés génèrent des perturbations différentes dans le processus de transfert de chaleur. Par conséquent lorsque l''on change un paramètre structural dans la réalisation d''une structure textile, par exemple pour la rendre plus plaisante au consommateur, il faut être prudent et évaluer indépendamment les modifications susceptibles d''apparaître au niveau de la rugosité de la surface et de sa pilosité. Une grande difficulté est de pouvoir modifier la rugosité de la surface sans en modifier sa pilosité, ce qui rend difficile l''étude de la sensibilité de ces deux propriétés au niveau du comportement thermique.

 Références

 - Bueno, M.-A., Lamy, B., Renner, M. et Viallier, P., 1996, Tribological investigation of textile fabrics, Wear, 195, pp. 192-200.

 - Bueno, M.-A., Durand, B. et Renner, M., 2000, Optical Characterization of the State of the Fabric Surfaces, Optical Engineering, 39, pp. 1697-1703.

 - Pac, M.J., Bueno, ''M.-A., Renner, M., à paraître en 2001, Warin-cool feeling relative to tribological pro- perties of fabrics", Textile Research Journal.